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Análise qualitativa de metais alcalinos e alcalinos-terrosos via teste da chama
Tipologia: Notas de estudo
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Compartilhado em 10/07/2014
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Analisar qualitativamente metais alcalinos e alcalinos terrosos, e identificar a coloração emitida por alguns compostos por via seca (na chama) pelo fato que se algum dia ao se deparar com alguns compostos que não possuem identificação, pode-se analisá-lo por esta via, para se saber de que sal se trata. Confirmar através disso a teoria de Bohr e Planck para explicar o fenômeno ocorrido no teste de chama, observando-se a cor emitida por certos sais na chama, além disso, observar o efeito do salto quântico. INTRODUÇÃO Com os princípios e resultados verificados nesta experiência, são possíveis diversas aplicações, como por exemplo os fogos de artifício e as lâmpadas fluorescentes, baseados no mesmo conceito: os íons metálicos quando são excitados (por exemplo, fornecimento de calor), emitem radiações com diferentes comprimentos de onda. Quando os fogos de artifício coloridos são produzidos, o fabricante deve escolher a cor desejada, e para isso misturam à pólvora compostos de determinados elementos químicos. No momento da explosão da pólvora, a energia gerada vai fazer com que os elétrons mais próximos ao núcleo (com menor energia), se dirijam a níveis com maior energia, mais distantes do núcleo. Ao retornarem aos níveis iniciais, com menor energia, a energia que foi absorvida é liberada, emitindo a luz colorida. Para a mistura funcionar, sais provenientes de diferentes metais são adicionados à pólvora, de modo que no momento da explosão uma cor seja produzida. A tonalidade varia de acordo com o componente. Veja exemplos: Amarelo = exige Sódio (Na) na mistura; Vermelho = produzido em diferentes tonalidades a partir do Cálcio (Ca), Lítio(Li) e Estrôncio (Sr); Verde = conseguido em tons variados a partir do Bário (Ba) e Cobre (Cu); Violeta = Potássio (K); Branco = Magnésio (Mg), Alumínio (Al) e Titânio (Ti). Na chama, os cátions de sais voláteis transformam-se em átomos livres. Estes absorvem e depois emitem radiação eletromagnética com comprimentos de onda que correspondem às transições entre os níveis de energia dos átomos. A cor é decorrente destas transições eletrônicas, em espécies de vida curta, que se formam momentaneamente na chama, que é rica em elétrons. Por exemplo, no caso do sódio, os íons são temporariamente reduzidos aos seus átomos. Na
da sua temperatura. Assim, pode-se concluir que a frequência e o comprimento da radiação eletromagnética está diretamente ligada à energia absorvida pelo corpo durante o aquecimento Bohr propõe que um átomo só pode perder energia em certas quantidades, discretas e definidas. A partir desta proposição, surge uma explicação a nível eletrônico, que daria origem à teoria atômica de Bohr: se um átomo só pode perder energia em quantidades discretas e definidas, isto sugere que os elétrons só podem existir em uma série de níveis discretos e definidos de energia. Quando um elétron absorve mais energia do que a energia definida que já possui, ele passa a ocupar um nível maior de energia, realizando o chamado de salto quântico (figura 1). Figura 1: salto quântico realizado pelo elétron, quando este absorve um pacote de energia característico (fóton) e salta para um nível mais energético. Porém, o átomo não permanece estável quando realiza este salto quântico, e tende a liberar esta energia e voltar a seu nível inicial de energia. Ao voltar ao seu nível inicial de energia, a energia absorvida é liberada em forma de luz, de cor característica do elemento deste átomo e diretamente relacionada com a energia característica de absorção deste elemento. Os pacotes de energia mínima liberada são chamados fótons. Nos ensaios de chama, conforme Vogel (1981), ocorre às interações atômicas através dos níveis e subníveis de energia quantizada, ele baseia-se na possibilidade de muitos íons metálicos e seus sais conferirem uma cor característica quando é vaporizado numa chama, isso porque todo átomo quando aquecido ou recebe uma descarga elétrica, absorve energia, que em seguida é emitida como radiação, ou seja, uma linha espectral pode ser absorvida e também emitida quando de alguma forma o átomo é excitado. Cada elemento químico apresenta um espectro de linha distinto que este relacionado com sua natureza atômica. Neste experimento, sais (principalmente os que possuem ânions voláteis na chama oxidante, como o cloro, por exemplo) são expostos à chama. Na chama, absorvem energia em forma de calor e esta energia provoca a excitação dos elétrons, forçando-os a realizar o salto quântico. Ao retornarem ao seu estado inicial de energia, liberam fótons de luz de cores
características a cada elemento. O quadro abaixo mostra as amostras dos sais que foram usados no teste da chama, onde foram comparados as cores observadas no laboratório com a cores encontradas na literatura. Amostras (sais) Cor na literatura Cor observada Li+^ Vermelho^ Vermelho Na+^ Amarelo^ Laranja K+^ Violeta^ Violeta Rb+^ Violeta^ Violeta Ca2+^ Laranja^ Laranja Sr2+^ Vermelho^ Vermelho Ba2+^ Verde^ Verde Quadro 1: comparação das amostras de acordo com a cor visualizada em laboratório com a cor na literatura. Neste experimento, sais (principalmente os que possuem ânions voláteis na chama oxidante, como o cloro, por exemplo) são expostos à chama. Na chama, absorvem energia em forma de calor e esta energia provoca a excitação dos elétrons, forçando-os a realizar o salto quântico. Ao retornarem ao seu estado inicial de energia, liberam fótons de luz de cores características a cada elemento. CONCLUSÕES Os objetivos traçados inicialmente foram alcançados com êxito, isto é, foram identificadas as cores que se obteve através da combustão dos elementos químicos propostos. Assim foram descritos os dados coletados e concluiu-se que os íons metálicos produzem distintas cores devido à mudança de nível eletrônico. Aprendeu-se a colocar em prática o modelo atômico de Bohr para explicar diferentes cátions metálicos que emitem cores diferentes e seus respectivos motivos emitirem tais cores. A análise elementar por via seca é bastante útil na identificação de alguns compostos pelos seus espectros de emissão. Esta atividade experimental é relativamente simples, mas deve-se ter alguns cuidados porque estamos trabalhando com chamas, que podem pôr em risco o local de trabalho (incêndio) ou provocar queimaduras graves na pele. O teste de chama apresenta algumas limitações, como por exemplo: o teste não é
